四川理工学院学院微生物工程工艺期末考试复习资料.docx

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四川理工学院学院微生物工程工艺期末考试复习资料

微生物工程工艺原理复习资料

一、课后思考题

1.★微生物工业对菌种的要求。

（6点）

（1）所需培养基易得，价格低廉

（2）培养和发酵条件温和（糖浓度、温度、pH、溶解氧、渗透压等）

（3）生长速度和反应速度较快，发酵周期短

（4）单产高（选择野生型、营养缺陷型或调节突变株）

（5）抗病毒能力强（噬菌体）

（6）菌种纯粹，不易变异退化，稳定性好

（7）菌体不是病源菌，不产生任何有害的生物活性物质和毒素（包括抗生素、激素和毒素），保证安全.

2.★微生物菌种保存的原理及方法（至少5种）。

原理：

根据菌种的生物生理、生化特点，创造条件使菌种的代谢活动处于不活泼状态。

方法：

定期移植低温保藏法、液氮超低温保藏法、甘油低温保藏法、沙土干燥法、麸皮干燥法、蒸馏水保藏法、冷冻干燥保藏法。

3.★菌种衰退的原因、表现及防止菌种衰退的方法

菌种退化是指整个菌体在多次接种传代过程中逐渐造成菌种的发酵能力降低、繁殖能力降低、发酵产品的得率降低的现象。

（名）

菌种退化：

菌种的发酵能力降低、繁殖能力降低、发酵产品的得率降低.

防止菌种衰退的方法：

A、从菌种选育方面考虑。

B、尽量减少传代次数。

C、创造良好的培养条件。

D、利用不易衰退的细胞传代。

E、采用有效的菌种保藏方法

4.大规模工业生产常用的培养方法:

A、固体培养（曲法培养）：

浅盘固体培养深层固体培养。

B、液体培养：

浅盘液体培养液体深层培养。

C、载体培养：

用天然（或人工）多孔材料代替麦麸之类固态基质作微生物生长的载体，营养成分可严格控制。

D、两步法液体深层培养：

在酶制剂和氨基酸生产中应用较多。

控制菌体在不同生长期的条件。

（营养生长与代谢产物积累时条件不同）

5.★影响种子质量的主要因素：

①培养基②种龄与接种量③温度④pH值⑤通气和搅拌⑥泡沫⑦染菌的控制⑧种子罐级数的确定

6.★微生物发酵培养基的碳源、氮源主要包括哪些物质（7,3）

碳酸气

淀粉水解糖、糖蜜、亚硫酸盐纸浆废液等

碳源石油、正构石蜡、天然气

醋酸、甲醇、乙醇等石油化工产品

有机氮：

黄豆饼粉、花生饼粉、玉米浆、蛋白胨、

氮源酵母粉、鱼粉、发酵菌丝体、酒糟水等

无机氮：

尿素、硫酸铵、氨水、硝酸盐

7.★什么是消毒和灭菌，掌握培养基连续灭菌的流程

消毒：

指用物理和化学方法杀死物料、容器、器具内外的病源微生物。

一般只能杀死营养细胞而不能杀死细菌芽孢。

灭菌：

用物理或化学方法杀死或除去环境中所有微生物，包括营养细胞、细菌芽孢和孢子。

8、湿热灭菌的原理和优缺点.（5分）

原理：

借助蒸汽释放的热使微生物细胞中的蛋白质、酶和核酸分子内部的化学键，特别是氢键受到破坏，引起不可逆的变性，使微生物死亡。

湿热灭菌的温度和时间与灭菌的对象有关。

优点：

（1）蒸汽来源容易，操作费用低廉，本身无毒；

（2）蒸汽具有很强的穿透力，灭菌易于彻底身的压强，调节方便，技术管理容易。

；（3）蒸汽均有很大的潜热，冷凝后的水分有利于湿热灭菌；（4）蒸汽输送可借助本：

（1）

缺点设备费用高

（2）不能用于怕受潮的物料灭菌

9、有一株枯草芽孢杆菌能产生淀粉酶，请设计一种优化培养基的方案，使该培养基适合该菌株能产酶能力（淀粉酶）。

10.酵母菌酒精发酵的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型反应式，条件是什么

Ⅰ型发酵：

以丙酮酸脱羧产生的乙醛作为H受体产生乙醇。

Ⅱ型发酵：

采取某些手段阻止乙醛作为氢受体时，磷酸二羟丙酮则替代乙醛作为氢受体形成甘油，这样发酵转为甘油发酵

Ⅲ型发酵：

酵母菌在碱性环境条件下（pH7.6），由于乙醛生成等量的乙酸和乙醇，因此乙醛作为氢受体的作用也被抑制；这时磷酸二羟丙酮成为氢受体。

这样，发酵产生的总的产物为甘油、乙醇、乙酸

11.★巴斯德效应及巴斯德效应的机制

巴斯德效应*：

在好气条件下，酵母菌发酵能力降低（细胞内糖代谢降低，乙醇积累减少）；不仅存在于酵母中，也存在于具有呼吸和发酵能力的其他细胞中。

巴斯德效应的机制：

在好气条件下，糖代谢进入TCA循环柠檬酸↑

ATP↑抑制磷酸果糖激酶的合成6-P-果糖↑（积累）

6-P-葡糖↑（积累）反馈抑制己糖激酶抑制葡糖进入细胞内

葡糖利用降低，同时，在好气条件，丙酮酸激酶活性降低，丙酮酸激酶活性降低也是由于磷酸果糖激酶活性降低所致丙酮酸激酶活性↓

磷酸稀醇式丙酮酸↑反馈抑制己糖激酶活性糖酵解速度↓

12、简述糖酵解的调节机制。

、

调节点主要是三个激酶：

己糖激酶、磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶，所催化的三个反应是不可逆的，只参与糖酵解，不参与糖的新生。

糖代谢的调节主要是能荷的调节，就是细胞内能量水平的控制。

[（ATP）+1/2（ADP）]/[（ATP）+（ADP）+（AMP）]为一定的比例，该比例叫能荷。

（1）当体系中ATP含量高时，ATP抑制磷酸果糖激酶、丙酮酸激酶的活性，使酵解减少；

（2）当需要能量时，ATP分解为ADP、AMP，这样ATP减少，ADP增加、AMP增加→能荷降低→激酶活性增大；（3）无机磷也是调节者，它能解除6-磷酸葡萄糖对己糖激酶的抑制，加快糖酵解；（4）柠檬酸、脂肪酸和乙酰辅酶A对糖酵解系统也有调控作用。

13.简述柠檬酸生物合成的代谢调节

答：

柠檬酸生物合成的代谢调节包括糖酵解及丙酮酸代谢的调节、TCA循环的调节。

糖酵解及丙酮酸代谢的调节：

1、正常情况下，柠檬酸、ATP对磷酸果糖激酶有抑

制作用，而AMP、无机磷、铵离子对该酶则有激活作用，特别是还能解除柠檬酸、ATP对磷酸果糖激酶的抑制作用。

2、铵离子浓度与柠檬酸生成速度有密切关系，正是由于细胞内浓度升高，使磷酸果糖激酶对细胞内积累的大量柠檬酸不敏感。

3.比较底物锰充足、锰缺乏时分批培养物的最大活力时发现，锰缺乏时黑曲霉的组成（合成）代谢受损伤，这与柠檬酸的积累有关。

（锰缺乏时，细胞内NH4＋浓度高，Aa浓度高（蛋白合成受阻，导致升高）。

因此，锰离子效应是通过NH4＋升高而减少柠檬酸对磷酸果糖激酶的抑制来实现的。

）

4、丙酮酸激酶是EMP途径的第2个调节点，在某些真菌得到证实，但黑曲霉未被证实。

TCA循环的调节：

1、TCA环的起始酶：

柠檬酸合成酶是一种调节酶。

但在黑曲霉中，柠檬酸合成酶没有调节作用，这是黑曲霉TCA循环的第一个特点。

2.第二个特点：

黑曲霉菌体内αα--酮戊二酸脱氢酶缺失或活力很低（TCA环被阻断），它被葡萄糖和NH44＋抑止。

（是TCA循环中唯一不可逆的反应步骤）

3.氧和pH值对柠檬酸发酵的影响很大。

14.掌握天冬氨酸族氨基酸的代谢调控机制及高产某氨基酸生产菌的育种方法（比如高产高丝氨酸菌种的选育方法：

出发菌株的选择—代谢调节比较简单的细菌（如黄色短杆菌、谷氨酸棒杆菌、乳糖发酵短杆菌等）

1、优先合成的转换：

渗漏缺陷型的选育（如果降低高丝氨酸脱氢酶活性，则优先合成赖氨酸。

）2、切断支路代谢：

营养缺陷型的选育3、抗结构类似物突变株（代谢调节突变株）4、解除代谢互锁（在乳糖发酵短杆菌中，赖氨酸的生物合成与亮氨酸之间存在代谢互锁，赖氨酸生物合成分支的第一个酶（DDP合成酶）受亮氨酸的阻遏。

）5.增加前体物的合成和阻塞副产物的生成6.改善细胞膜的透过性7.选育温度敏感突变株8.应用细胞工程和遗传工程育种9.防止高产菌株回复突变。

15、★根据气液传质理论，提高溶氧降低能耗的措施（根据传质理论，试述影响氧传递速率的因素）

1、搅拌：

目的：

增加溶氧、促进微生物悬浮混合

（1）搅拌改善溶氧速率①打碎气泡，增加接触面积②液体做涡流运动，增加接触时间③发酵呈湍流，减少液膜阻力，KLa增加④打散菌体，使推动力均一；

（2）搅拌器的形式、直径大小、转速、组数、搅拌器间距、在罐内的相对位置

2、增加空气线速度；3、空气分布管；4、增大氧分压；5、发酵罐内液体柱高度；6、增大发酵罐体积；7、发酵液的物理性质

16、.常用的空气除菌流程有哪几种，其适用的范围如何，每种过滤流程所用设备的作用是什么（试画出适合空气湿含量较大地区所需的一种空气预处理流程（用文字表示））流程：

高空采风→无油润滑空气压缩→贮罐→冷却→一次过滤→二次过滤→进入发酵罐

范围：

1）将空气冷却至露点以上的流程，适用范围：

气候干燥地区；2）一次冷却一次析水的空气预处理流程，适用范围：

空气湿含量较大地区；3）利用热空气加热冷空气的流程

17.发酵醪有何特征：

1、含水量高，一般可达90％～99%。

2、产品浓度低3、悬浮物颗粒小，密度与液体相差不大4、固体粒子可压缩性大5、液体黏度大，大多为非牛顿型流体6、产物性质不稳定

18.发酵醪预处理的方法有哪些：

1.加热法2.调节悬浮液的ph凝聚和絮凝3.添加助滤剂4.添加反应剂5.添加酶制剂

19.什么是双水相系统，影响双水相萃取的因素

将两种不同的水溶性聚合物（或盐溶液）的水溶液混合时，当聚合物浓度达到一定值，体系会自然的分成互不相溶的两相，这就是双水相体系.

影响双水相萃取的因素：

1.聚合物及其分子量的影响2.pH值的影响3.离子环境对蛋白质在两相体系分配的影响4.温度的影响

20.什么是反胶束，影响反胶束萃取的因素

反胶束或称逆胶束（Reversedmicelle）是指当有机溶剂中加入表面活性剂并令其浓度超过某临界值时，表面活性剂便会在有机溶剂中形成一种稳定的大小为毫微米级的聚集体。

影响反胶束萃取的因素：

（1）溶液的pH

（2）溶液的离子强度（3）表面活性剂的浓度和种类（4）其他（有机溶剂、助表面活性剂、温度）

21、临界萃取的原理是什么

超临界萃取是利用SCF作为萃取剂，从液体和固体中萃取出特定成分，以达到某种分离的目的。

22、发酵与连续发酵的概念。

分批发酵：

准封闭培养，指一次性投料、接种直到发酵结束，属典型的非稳态过程。

连续发酵：

在发酵过程中，连续向发酵罐流加培养基，同时以相同流量从发酵罐中取出培养液。

23、生长速率的定义和计算公式（2分）

微生物生长特性通常以单位细胞浓度或细胞数量在单位时间内的增加量来表示（比生长速率：

μ、μn）

X—细胞浓度（g/L）；N—细胞个数；t—生长时间；X0、Xt—初始微生物浓度和t时细胞浓度；N0、Nt—初始细胞个数和t时细胞个数；μ—以细胞浓度表示的比生长速率；μn—以细胞数量表示的比生长速率。

24、mood方程及其意义

表征μ与培养基中残留的生长限制性底物St的关系。

25、不同染菌时期对发酵有何影响及处理措施。

（1）种子培养期染菌种子培养主要是生长繁殖菌体，菌体浓度低，培养基营养丰富，比较容易染菌。

种子培养期染菌，带进发酵罐中危害极大，应严格控制种子污染。

当发现种子受污染均应灭菌后弃去，并对种子罐、管道进行检查和彻底灭菌。

（2）发酵前期染菌杂菌与生产菌争夺营养成分和氧气，严重干扰生产菌的生长和产物的形成。

如果前期染菌，且培养基养料消耗不多，可以重新灭菌，补加一些营养，重新接种再用。

（3）发酵中期染菌严重干扰产生菌的代谢，影响产物的生成。

中期染菌，由于营养成分大量消耗，一般挽救处理困难，危害性很大。

所以应尽力做到早发现，快处理。

处理方法应根据各种发酵的特点和具体情况来决定。

例如抗生素生产中可以将高单位的发酵液输送一部分到染菌罐，抑制杂菌。

（3）发酵后期染菌发酵后期发酵液内已积累大量的产物，特别是抗生素，对杂菌有一定的抑制或杀灭能力。

因此如果染菌不多，对生产影响不大。

如果染菌严重，又破坏性较大，可以提前放罐。

措施：

染菌后的培养基必须灭菌后才可放下水道。

26.发酵液泡沫产生的原因、危害及消泡的基本方法。

产生原因：

一种是由外界引进的气流